Draagbaar apparaat communiceert met biologische systemen om genexpressie te beheersen 

Draagbare apparaten zijn alomtegenwoordig geworden en winnen steeds meer terrein. Deze apparaten koppelen doorgaans biomaterialen aan elektronica. Sommige draagbare elektromagnetische apparaten fungeren als mechanische energie-oogsters om energie op te wekken. Momenteel is er geen "directe elektro-genetische interface" beschikbaar. Draagbare apparaten kunnen dus geen gentherapieën rechtstreeks programmeren. Onderzoekers hebben de eerste directe elektro-genetische interface ontwikkeld die transgenexpressie in menselijke cellen mogelijk maakt. Deze interface, genaamd DART (DC current-actuated regulation technology), gebruikt een gelijkstroomvoeding om reactieve zuurstofsoorten te genereren die inwerken op synthetische promotors voor expressie. In een muizenmodel met type 1 diabetes stimuleerde het apparaat subcutaan geïmplanteerde gemanipuleerde menselijke cellen om insuline af te geven, waardoor de bloedsuikerspiegel weer normaal werd.

Draagbare elektronische apparaten zoals smartwatches, fitness trackers, VR-headsets , slimme sieraden, internetbrillen, bluetooth headsets en tal van gezondheidsgerelateerde apparaten zijn tegenwoordig alledaags en winnen steeds meer terrein, met name in de gezondheidszorg. Deze doorgaans niet-invasieve apparaten koppelen biomaterialen (waaronder enzymen) aan elektronica en worden gebruikt om mobiliteit, vitale functies en biomarkers in lichaamsvloeistoffen (zweet, speeksel, interstitiële vloeistof en tranen) te monitoren. Sommige draagbare apparaten, zoals elektromagnetische apparaten, fungeren ook als mechanische energiebronnen.

Verbonden draagbare apparaten spelen een cruciale rol bij het verzamelen van gezondheidsgegevens van individuen, wat van pas kan komen bij het bieden van gepersonaliseerde gezondheidszorg, waaronder gentherapieën. Type 1 diabetes is een voorbeeld van zo'n aandoening waarbij een draagbaar monitoringsapparaat de insulineproductie in onderhuids geïmplanteerde, genetisch gemodificeerde menselijke cellen zou kunnen stimuleren en reguleren om insuline af te geven en de bloedsuikerspiegel te normaliseren. Apparaten zouden een elektro-genetische interface nodig hebben om de genexpressie te controleren. Maar door het ontbreken van een functionele communicatie-interface blijven de elektronische en genetische wereld grotendeels onverenigbaar, en zijn draagbare apparaten nog niet ontwikkeld om gentherapieën mogelijk te maken.

Onderzoekers van ETH Zürich in Basel, Zwitserland, zijn er onlangs in geslaagd een interface te ontwikkelen waarmee een elektronisch apparaat via een zwakke gelijkstroom met de genetische wereld kan communiceren. Deze technologie, genaamd DART (direct current-actuated regulation technology), genereert niet-toxische hoeveelheden reactieve zuurstofsoorten om synthetische promotors op een omkeerbare manier te verfijnen. In een muizenmodel stimuleerde de toepassing ervan met succes gemanipuleerde menselijke cellen die onder de huid waren geïmplanteerd, om insuline af te geven en de bloedsuikerspiegel te herstellen.

Op dit moment ziet DART er veelbelovend uit, maar het heeft de ontberingen van klinische onderzoeken doorstaan ​​en heeft zijn waarde bewezen in termen van veiligheid en werkzaamheid. In de toekomst kunnen draagbare elektronische apparaten met DART in staat zijn om direct metabolische interventies te programmeren. 

*** 

Referenties:  

1. Kim J., et al., 2018. Draagbare bio-elektronica: op enzymen gebaseerde op het lichaam gedragen elektronische apparaten. Acc. Chem. Res. 2018, 51, 11, 2820-2828. Publicatiedatum: 6 november 2018. DOI: https://doi.org/10.1021/acs.accounts.8b00451  

2. Huang, J., Xue, S., Buchmann, P. c.s.. 2023. Een elektrogenetische interface om genexpressie van zoogdieren te programmeren door middel van gelijkstroom. Natuur Metabolisme. Gepubliceerd: 31 juli 2023. DOI: https://doi.org/10.1038/s42255-023-00850-7  

***